面试篇：Time-wait状态存在的用处，怎么避免Time-wait？

Time-wait状态存在的用处，怎么避免Time-wait？
这道题目是面试过程中的高频题目，首先看一下什么是TIME_WAIT状态

1.什么是TIME_WAIT状态？

在TCP连接中四次挥手关闭连接时，主动关闭连接的一方（上图中时Client）会在发送最后一条ACK报文后维持一段时长2MSL（MSL指的是数据包在网络中的最大生存时间）的等待时间后才会真正关闭连接到CLOSED状态，该时间段内主动关闭方的状态为TIME_WAIT。即在TIME_WAIT状态时，定义这个连接的四元组（源/目的IP、源/目的端口）不能被使用。

2.为什么需要TIME_WAIT状态？

为实现TCP连接的可靠释放

1. 若主动断开连接方（上图中Client）最后一次ACK报文丢失了，会触发被动方（上图中Server）的超时重传机制，Server再次向Client发送FIN+ACK报文，如果Client在发送完最后一次ACK后立即断开连接（没有TIME_WAIT状态），则Server会收到RST=1的报文响应，表示连接建立异常，而此时并非异常，只是正常的关闭连接过程，进而导致Server端不能正常关闭连接。因此，Client必须维护2MSL的等待时间，确保在Server端第二次发送的FIN+ACK被Client正常接收，收到后Client立即发送ACK给Server，并重新启动2MSL计时器。（因为极端情况涉及两次报文传输（Client向Server的ACK，Server向Client的FIN+ACK），所以等待时间为2MSL）RFC 793中规定MSL为2分钟，实际应用中常用的是30秒，1分钟和2分钟等。所以意味着有可能导致几分钟内该ip：port 不能再次使用。

2. 为使旧的重复数据包在网络中因过期而消失

   可能存在一些数据包在传输过程中出现异常而导致严重推迟，而在它到来之前发送方已经重发了该报文，并完成其任务。如果在被推迟的报文未抵达前接收方断开了连接，随后又建立了一个与之前相同IP、Port的连接，而之前被推迟的报文在这时恰好到达，而此时此新连接非彼连接，从而会发生数据错乱，进而导致无法预知的情况。因此必须维持一段等待时间，使迟到的报文在网络中完全消失，并且在等待时间内，因为连接并未关闭，所以不能建立相同四元组的新连接，就不会出现数据错乱。

这里可以看一个比方，关于四次挥手：
男生： 男生发消息给女生，我们分手把
女生：女生发消息说，好的，我的东西收拾完，发消息告诉你
（1个小时后）
女生： 女生发消息说，我收拾好了，分手把
男生：男生发消息说，好的。
（这个时候男生需要等待1h才可以去找下个女朋友，因为他和前任约定，一个小时内，如果女生收到了”好的“，就不再回复，如果没有收到“好的”，女生还会再次发消息告诉他我收拾好了，分手把）。

3.TIME_WAIT状态造成的危害

在高并发短连接的TCP服务器上，当服务器处理完请求后主动请求关闭连接，这样服务器上会有大量的连接处于TIME_WAIT状态，服务器维护每一个连接需要一个socket，也就是每个连接会占用一个文件描述符，而文件描述符的使用是有上限的，如果持续高并发，会导致一些连接失败。

还有一种情况，假设假设假设，今天双十一，这是一台Tmall的服务器，因为一些原因，服务器进程挂掉了，退出了，由于是服务器主动关闭连接，因此会有TIME_WAIT状态存在，也就意味着服务器进程想立即重启，但是起不来，因为端口（可能是80）还被之前处于TIME_WAIT的连接占用着，如果TIME_WAIT状态维持60秒，60秒服务器都起不来，双十一，啧啧。

4.如何避免？

可设置套接字选项为SO_REUSEADDR，该选项的意思是，告诉操作系统，如果端口忙，但占用该端口TCP连接处于TIME_WAIT状态，并且套接字选项为SO_REUSEADDR，则该端口可被重用。如果TCP连接处于其他状态，依然返回端口被占用。该选项对服务程序重启非常有用。

参考文章：

[1]https://www.cnblogs.com/dabai56/p/11201106.html
[2]https://blog.****.net/m673010624/article/details/99703200